CN112410174B - 一种层流发酵装置及其发酵方法 - Google Patents

Abstract

一种层流发酵装置，其特征在于该装置包括发酵罐、罐内搅拌机构、热回收换气装置、送料机构、出料机构、加热水管和冷却水管，加热水管和冷却水管分别盘设在发酵罐内部分成三个相等的区间，即好氧发酵区间、兼性发酵区间和厌氧发酵区间。罐内搅拌机构，包括多个均料搅笼和多个翻抛搅笼，热回收换气装置，包括热回收换气机、排风管和进风管，送料机构，包括送料漏斗、竖直输料管和横向输料管，出料机构包括多个层流出料搅笼和外部传输料管。本发明所属发酵性质其充分发酵环境，符合完成全部发酵完全的必要条件，仓内物料自上而下同时运动，顶部由入料口进入的与出料等量的物料填充，始终保证仓内动态满仓状态。

Description

一种层流发酵装置及其发酵方法

技术领域

本发明涉及一种有机物垃圾处理领域，特别涉及一种禽畜粪便、工农业残渣、动植物废弃物处理的层流发酵装置及其发酵方法。

背景技术

随着工农业经济发展，在当前的生产生活过程中，特别是农村养殖业发展过程中，产生大量动植物废弃物和生产残渣，如禽畜粪便、酒渣、豆渣、秸秆等，这些有机物质是很好的再生资源，加以处理利用，可以做成有价值的产品，同时若不能较好处理，将对人及环境造成污染及伤害。目前对其生物处理方式大多为集中式静态处理方式，即一次处理固定的数量，每次处理周期为7~15天或更长，或者小型动态处理方式，只能处理小数量，而这些再生资源的产生是连续的，这样就造成废弃物资产出后要大量二次堆积存放，造成二次污染。解决办法就是处理的连续性和产能的规模量化，处理速度与产生的速度相匹配，随产生随处理。

在已知的现有生物处理方式中，其可行的生物处理方式是通过相关的生物菌剂在一定条件下，分解其成分，成为有经济和再生价值的产品，实现资源的再利用。若完整处理好这些有机废弃物，要经过是三个生物过程：一是好氧发酵；二是兼性发酵；三是厌氧发酵。从好氧发酵到厌氧发酵，过程是渐进，不可倒置的，好氧和兼性发酵，完成其主要作用过程中，也为厌氧发酵提供条件。

现在已有处理工艺技术中，都是进行简单的发酵反应过程，只是简单的无害化处理，且对处理过程中的完整性和完全性程度不够。废弃有机物质在发酵处理过程中，由于其温度、湿度、密度、水分、PH值、含氧量及发酵时间等因素的工况条件不同，其发酵处理的结果就不同，所以要求工艺技术处理过程进行控制或工艺设计中满足这些条件，以对物料的不同发酵原理阶段实现不同的目标任务，而且物料的单位分子都在等时间内通过相同的发酵过程，才能保证生产的产品一致可靠。

所以现有的处理工艺技术，没有将禽畜粪便等动植物废弃物等再生资源，实现严格产品最优化的目标。现有生物处理工艺技术应用大致有如下三种：

一、袋式发酵：将各种原料和菌剂混合后装入袋中，袋上端装置单向放气阀，产生气体由单向阀排出；

1、作坊式加工，发酵袋中间与袋边温度不一致，反应不完全，无法界定进行的发酵过程和质量；

2、处理小；

3、产品质量中心部分均好，周边不合格，合格率不足30%；

4、环境条件不同，发酵程度也不同；

5、产品质量无法进行产品检测，因为不达标；

6、混合和排气有二次污染。

二、罐式（或塔式）发酵：将混合好原料通过提升机送入罐内，堆满后封口，发酵7-15天，全部出料；

1、二次污染，原料来厂后先堆放地上进行混合，过程中，出现废水、废气的二次污染；

2、罐内上、中、下各部分水分不同，氧分不同，散热系数不同，发酵情况也不同，发酵结果也不同，上部几乎全部进行的是有氧发酵过程，中间兼性发酵过程，下部是厌氧发酵过程，完全由其所有位置决定，上部湿度小，下部湿度大，密度也同湿度一样分布；

3、发酵物资由于经过的过程和时间都不同，所以整个产品的质量不一致，完全完成全过程的物料不足1/3。

三、滚筒式发酵：利用外转筒或内转叶，将物料筒内翻抛，物料按叶片角度向出口运动出料；

1、处理量小，滚筒和中心轴有极限制造限制，所以该装置只适合小量生产，由于长度有限，物料在其处理时间较短，不能达到生物反应的足够时间；

2、设备主要是翻抛运动，所以几乎全部是有氧发酵过程，致使物料的生物处理不完全不充分；

3、由于处理过程的时间短，需辅助外部配置蒸汽锅炉送蒸气，运行成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种将禽畜粪便等有机物垃圾进行完全化和完整化处理的一种层流发酵装置及其发酵方法。

本发明采用的技术方案是：

一种层流发酵装置，其特征在于该装置包括发酵罐、罐内搅拌机构、热回收换气装置、送料机构、出料机构、加热水管和冷却水管，所述发酵罐罐体外端面固定设置有保温复合板，其内端面固定设置有不锈钢板。发酵罐的上盖上开设有进料口，在发酵罐底部设置有多个通入发酵罐内的氮气输入管。发酵罐一端侧壁上分别设置有热水入口和冷水入口，发酵罐另一端侧壁上分别设置有热水出口和冷水出口，所述的加热水管和冷却水管分别盘设在发酵罐内部，加热水管的一端与热水入口连接，另一端与热水出口连接。冷却水管的一端下冷水入口连接，另一端与冷水出口连接。所述的发酵罐内部空间由盘设的加热水管和盘设的冷却水管分成三个相等的区间，即好氧发酵区间、兼性发酵区间和厌氧发酵区间。

所述的罐内搅拌机构，包括多个均料搅笼和多个翻抛搅笼，多个均料搅笼和多个翻抛搅笼分别设置在发酵罐内的氧发酵区间内，多个均料搅笼分别平行设置，多个均料搅笼轴分别由设置在发酵罐外壁上的电机驱动。多个翻抛搅笼分别平行设置在多个均料搅笼下端，且与多个均料搅笼呈垂直设置，多个翻抛搅笼轴分别由设置在发酵罐外壁上的电机驱动。

所述的热回收换气装置，包括热回收换气机、排风管和进风管，所述的热回收换气机为市售产品，热回收换气机通过支承架固定设置有发酵罐上端，在发酵罐上端分别设置有排风口和进风口，排风管一端与排风口连接，排内管另一端与热回收换气机的入风口连接，进风管一端与进风口连接，进风管另一端与热回收换气机的出风口连接，在热回收换气机另一个出风口上分别装设有光氧催化层和活性炭吸附层。

所述送料机构，包括送料漏斗、竖直输料管和横向输料管，竖直输料管的上端与横向输料管后端连接，横向输料管的前端与发酵罐上端的进料口连接，送料漏斗固定设置在竖直输料管下部侧壁上，竖直输料管内设置有提升搅笼，横向输料管内设置有入料传送搅笼，提升搅笼和入料传送搅笼分别通过送料电机驱动。

所述的出料机构，包括多个层流出料搅笼和外部传输料管，所述的发酵罐的下端面上分别凹设有多个导流槽，多个导流槽一侧的发酵罐侧壁上分别设有出料口，多个层流出料搅笼分别设置在多个导流槽内，多个层流出料搅笼轴分别由设置在发酵罐外壁上的电机驱动。所述的外部传输料管设置在多个出料口外端，在外部传输料管内设置有外部传输搅笼，外部传输搅笼轴由出料电机驱动。

本发明的层流发酵方法：

步骤一：第一次启动运行前，将仓内填满密度与混合原料相近的物料（如麦麸与玉米粉1:1混合物）,待填充物料全部出仓后收集，另行存放；

步骤二：送料搅笼与出料搅笼同时启动运行，且进料量与出料量相同；

步骤三：供热系统自动运行，当回水温度≤60℃是，加热运行，当回水温度≥70℃时停止加热运行；

步骤四：供冷系统自动运行，当回水温度≥55℃时，供冷运行，当回水温度≤45℃时停止供冷运行；

步骤五：搅拌抛翻搅笼每隔10小时自动运行0.5小时；

步骤六：新风换气机装置，当仓顶温度≥65℃时自动启动运行，当温度降至≤50℃停止运行；

步骤七：根据使用需要，设置进出料同时工作时间，每日出料量为不大于整个容积的1/6。

本发明层流动态发酵工艺技术的原理：

1、在一保温密闭的较大体积发酵容器（发酵仓）中，正在进行处理过程中的整仓物质，由于重量和重力发酵过程自上而下的阶段变化及冷热自然流动的特点，形成了由上至下温度越来越低，密度越来越大，发酵也由顶部完全好氧，底部完全厌氧发酵的特点，而且呈现渐进式变化，根据实验测定，上部1/3属于好氧发酵状态，中部1/3属于兼性发酵状态（好氧与厌氧兼有），底部1/3属于厌氧发酵状态，其所属发酵性质其充分发酵环境，符合完成全部发酵完全的必要条件，时间上，好氧发酵、厌氧发酵、兼性发酵均为48小时为最佳；

随着底部整个仓底面积的等量同时出料（仓底采用多个导流槽锥形轴搅笼或不等距搅笼输送方式），仓内物料自上而下同时运动，顶部由入料口进入的与出料等量的物料填充，始终保证仓内动态满仓状态，这种相当同层由顶部运动144小时经过各种发酵阶段到达底部输出的方式称为层流发酵，顶部入料与底部出料同时等量完成，这样物料每个分子颗粒在仓内都相同等时间，通过一致的生物处理过程，保证和提高产品的质量；

2、为更好保证发酵条件的稳定性，工艺技术中配置热回收换气、补热管、补冷管、补氧管等装置，供热管布置在上部1/3处，在好氧发酵温度不足时，供70℃热水换热，使其回水温度不低于65℃，在厌氧发酵中，底部1/3处布置冷水管，当厌氧温度大于50℃时，供冷水换冷，顶部没有热回收功能换气装置，排出发酵过程产生气体同时补充氧气，使其更好完成顶部好氧发酵过程，补热量=补冷量+换气损失热量。底部有充氮管，使厌氧发酵区氮气正压状态，保证厌氧过程更充分，入料口与出料利用输送搅笼中的余料做封口作用，使其整仓内完全封闭状态，仓顶部没有平敷物料和抛翻物料装置。

本发明的技术与工艺的优点：

1、将禽畜粪便等有机物垃圾进行完全化和完整化处理。克服了现有技术与工艺中，片面处理和不全面处理的缺点；

2、层流发酵技术与工艺，使处理物质分子颗粒都具有相同时间相同工艺的处理过程，克服了现有技术中，同一产品不同颗粒块品质不相同的特点；

3、完整的处理过程，使用处理充分化，处理产生的气体成分：有氧气、氢气和水蒸气及微量可达标排放的物质，且通过光氧和吸附处理，实现零污排放，克服了现有技术工艺中排出废水、废弃、废渣等二次污染物质的缺点；

4、动态发酵，物流随来随处理，直接送入发酵仓处理，克服现有技术中落地堆放等候处理的二次污染的缺点；

5、可以根据处理量的多少，选择任意的日处理量，具有组合模块的优点，更可适合规模化自动化的生产处理，克服现有工厂化产生处理工艺技术无法进行规模现代化生产的特点；

6、场地不受限制，由于零污排放工艺技术，使得生产选址及厂房要求更广泛，克服了现有处理技术生产场地必须远离居民区和生态环境的特点；

7、可为禽畜粪便能处理加工成高端产品如饲料等，提供了技术保障，克服了现有技术只能低效发挥作用，只生产低端有机肥的缺点。

附图说明

图1是本发明的发酵罐罐内结构示意图。

图2是本发明的送料机构结构示意图。

具体实施方式

一种层流发酵装置，其特征在于该装置包括发酵罐1、罐内搅拌机构、热回收换气装置、送料机构、出料机构、加热水管2和冷却水管3，所述发酵罐1罐体外端面固定设置有保温复合板4，其内端面固定设置有不锈钢板5。发酵罐1的上盖上开设有进料口6，在发酵罐1底部设置有多个通入发酵罐1内的氮气输入管7。发酵罐1一端侧壁上分别设置有热水入口8和冷水入口9，发酵罐1另一端侧壁上分别设置有热水出口10和冷水出口11，所述的加热水管2和冷却水管3分别盘设在发酵罐1内部，加热水管2的一端与热水入口8连接，另一端与热水出口10连接。冷却水管3的一端与冷水入口9连接，另一端与冷水出口11连接。所述的发酵罐1内部空间由盘设的加热水管2和盘设的冷却水管3分成三个相等的区间，即好氧发酵区间12、兼性发酵区间13和厌氧发酵区间14。由于重量和重力发酵过程自上而下的阶段变化及冷热自然流动的特点，形成了由上至下温度越来越低，密度越来越大，发酵也由顶部完全好氧，底部完全厌氧发酵的特点，而且呈现渐进式变化。

所述的罐内搅拌机构，包括多个均料搅笼15和多个翻抛搅笼16，多个均料搅笼15和多个翻抛搅笼16分别设置在发酵罐1内的氧发酵区间12内，多个均料搅笼15分别平行设置，多个均料搅笼15轴分别由设置在发酵罐1外壁上的电机驱动。多个翻抛搅笼16分别平行设置在多个均料搅笼15下端，且与多个均料搅笼15呈垂直设置，多个翻抛搅笼16轴分别由设置在发酵罐1外壁上的电机驱动。多个均料搅笼15和多个翻抛搅笼16的设置可使进料能够均匀分布在发酵罐1内。

所述的热回收换气装置，包括热回收换气机17、排风管18和进风管19，所述的热回收换气机17为市售产品，热回收换气机17通过支承架固定设置有发酵罐1上端，在发酵罐1上端分别设置有排风口20和进风口21，排风管18一端与排风口20连接，排内管18另一端与热回收换气机17的入风口连接，进风管19一端与进风口21连接，进风管19另一端与热回收换气机17的出风口连接，在热回收换气机17另一个出风口上分别装设有光氧催化层22和活性炭吸附层23。

所述送料机构，包括送料漏斗24、竖直输料管25和横向输料管26，竖直输料管25的上端与横向输料管26后端连接，横向输料管26的前端与发酵罐1上端的进料口6连接，送料漏斗24固定设置在竖直输料管25下部侧壁上，竖直输料管25内设置有提升搅笼27，横向输料管26内设置有入料传送搅笼28，提升搅笼27和入料传送搅笼28分别通过送料电机29驱动。

所述的出料机构，包括多个层流出料搅笼30和外部传输料管31，所述的发酵罐1的下端面上分别凹设有多个导流槽32，多个导流槽32一侧的发酵罐1侧壁上分别设有出料口，多个层流出料搅笼30分别设置在多个导流槽32内，多个层流出料搅笼30轴分别由设置在发酵罐1外壁上的电机驱动。所述的外部传输料管31设置在多个出料口外端，在外部传输料管31内设置有外部传输搅笼33，外部传输搅笼33轴由出料电机34驱动。多个导流槽32可达到发酵罐1底部整个仓底面积的等量同时出料，

本发明的层流发酵方法：

步骤一：第一次启动运行前，将仓内填满密度与混合原料相近的物料（如麦麸与玉米粉1:1混合物）,待填充物料全部出仓后收集，另行存放；

步骤二：送料搅笼与出料搅笼同时启动运行，且进料量与出料量相同；

步骤三：供热系统自动运行，当回水温度≤60℃是，加热运行，当回水温度≥70℃时停止加热运行；

步骤四：供冷系统自动运行，当回水温度≥55℃时，供冷运行，当回水温度≤45℃时停止供冷运行；

步骤五：搅拌抛翻搅笼每隔10小时自动运行0.5小时；

步骤六：新风换气机装置，当仓顶温度≥65℃时自动启动运行，当温度降至≤50℃停止运行；

步骤七：根据使用需要，设置进出料同时工作时间，每日出料量为不大于整个容积的1/6。

Claims (1)

1.一种使用层流发酵装置的发酵方法，包括发酵罐（1）、罐内搅拌机构、热回收换气装置、送料机构、出料机构、加热水管（2）和冷却水管（3），其特征在于所述发酵罐（1）罐体外端面固定设置有保温复合板（4），其内端面固定设置有不锈钢板（5），发酵罐（1）的上盖上开设有进料口（6），在发酵罐（1）底部设置有通入多个发酵罐（1）内的氮气输入管（7），发酵罐（1）一端侧壁上分别设置有热水入口（8）和冷水入口（9），发酵罐（1）另一端侧壁上分别设置有热水出口（10）和冷水出口（11），所述的加热水管（2）和冷却水管（3）分别盘设在发酵罐（1）内部，加热水管（2）的一端与热水入口（8）连接，另一端与热水出口（10）连接，冷却水管（3）的一端与冷水入口（9）连接，另一端与冷水出口（11）连接；所述的发酵罐（1）内部空间由盘设的加热水管（2）和盘设的冷却水管（3）分成三个相等的区间，即好氧发酵区间（12）、兼性发酵区间（13）和厌氧发酵区间（14）；

所述的罐内搅拌机构，包括多个均料搅笼（15）和多个翻抛搅笼（16），多个均料搅笼（15）和多个翻抛搅笼（16）分别设置在发酵罐（1）内的氧发酵区间（12）内，多个均料搅笼（15）分别平行设置，多个均料搅笼（15）轴分别由设置在发酵罐（1）外壁上的电机驱动；多个翻抛搅笼（16）分别平行设置在多个均料搅笼（15）下端，且与多个均料搅笼（15）呈垂直设置，多个翻抛搅笼（16）轴分别由设置在发酵罐（1）外壁上的电机驱动；

所述的热回收换气装置，包括热回收换气机（17）、排风管（18）和进风管（19），热回收换气机（17）通过支承架固定设置有发酵罐（1）上端，在发酵罐（1）上端分别设置有排风口（20）和进风口（21），排风管（18）一端与排风口（20）连接，排风管（18）另一端与热回收换气机（17）的入风口连接，进风管（19）一端与进风口（21）连接，进风管（19）另一端与热回收换气机（17）的出风口连接，在热回收换气机（17）另一个出风口上分别装设有光氧催化层（22）和活性炭吸附层（23）；

所述送料机构，包括送料漏斗（24）、竖直输料管（25）和横向输料管（26），竖直输料管（25）的上端与横向输料管（26）后端连接，横向输料管（26）的前端与发酵罐（1）上端的进料口（6）连接，送料漏斗（24）固定设置在竖直输料管（25）下部侧壁上，竖直输料管（25）内设置有提升搅笼（27），横向输料管（26）内设置有入料传送搅笼（28），提升搅笼（27）和入料传送搅笼（28）分别通过送料电机（29）驱动；

所述的出料机构，包括多个层流出料搅笼（30）和外部传输料管（31），所述的发酵罐（1）的下端面上分别凹设有多个导流槽（32），多个导流槽（32）一侧的发酵罐（1）侧壁上分别设有出料口，多个层流出料搅笼（30）分别设置在多个导流槽（32）内，多个层流出料搅笼（30）轴分别由设置在发酵罐（1）外壁上的电机驱动；所述的外部传输料管（31）设置在多个出料口外端，在外部传输料管（31）内设置有外部传输搅笼（33），外部传输搅笼（33）轴由出料电机（34）驱动；

步骤一：第一次启动运行前，将仓内填满密度与混合原料相近的物料,待填充物料全部出仓后收集，另行存放；

步骤二：送料搅笼与出料搅笼同时启动运行，且进料量与出料量相同；

步骤三：供热系统自动运行，当回水温度≤60℃时，加热运行，当回水温度≥70℃时停止加热运行；

步骤四：供冷系统自动运行，当回水温度≥55℃时，供冷运行，当回水温度≤45℃时停止供冷运行；

步骤五：搅拌抛翻搅笼每隔10小时自动运行0.5小时；

步骤六：新风换气机装置，当仓顶温度≥65℃时自动启动运行，当温度降至≤50℃停止运行；

步骤七：根据使用需要，设置进出料同时工作时间，每日出料量为不大于整个容积的1/6。